不明点

質問

今、大学の研究室にてモーターを
動かすドライバー回路を作成中です。
その土台の設計図はあるのですが、
その設計図の中の何点か不明があるのですが、
ダイオードの動きと意味を教えてください。

質問させていただきます。

１．図１のダイオードは、どんな動きと役割を
しているのでしょうか。
マイコンは下記マイコンを使用しています。
それの36番ピンと31番ピンにこの回路を接続しています。
※マイコンに詳しくないので、概略説明だけでも説明して
いただけると助かります。
併せて、どんなダイオードが推奨されるかの具体例も教えて
いただけると助かります。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/MicroController/TMP89FM82TDUG_ja_datasheet_100714.pdf

２．図２の図が見にくいですが、ゲートのところに入っているダイオードの
役割も教えていただけませんでしょうか。
併せて、どんなダイオードが推奨されるかの具体例も教えて
いただけると助かります。
ドライバーは下記URLを使っています。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LinearIC/TPD7210F_ja_datasheet_070518.pdf

３．上記モータードライバーの
１０番ピンと12番ピンと23番ピンの間にも
ダイオードをいれる予定なのですが、どんな動きとどんな役割なのでしょうか。
併せて、どんなダイオードが推奨されるかの具体例も教えて
いただけると助かります。

以上　宜しくお願いいたします。

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回答No.1

xpopo · ベストアンサー

こんばんわ。

質問１．ですが、36pinと31pinのダイオードの接続ですが、両方のポートは
　共に入／出力ポートです。VDDとGNDに対してこのようにダイオードを接続
　する場合はこれらポートを入力ポートとして使用する場合に入力ポートの
　過電圧入力に対する保護として使用します。
　　入ってくる入力信号にノイズが混入してくる可能性があり、そのノイズが
　VDDを超えるか、あるいはGND以下になる可能性がある場合にこのように
　接続して対策します。たとえば、VDDより高い電圧が入ってきた場合には
　上側のダイオードを経由して電流をVDDに逃がします。このとき入力電圧は
　VDDに対してダイオードの順方向電圧降下（約0.6V)の電圧分の上昇にクランプ
　して抑えます。また、GND以下の電圧のノイズが入ってきた場合には下側の
　ダイオード経由でGNDから電流を引き出します。ダイオードの順方向電圧降下
　（約0.6V)だけGNDより低い電圧に入力電圧をクランプして抑えます。
　使用するダイオードは小信号用の小さいもので十分です。

質問２．ですが、この回路ではN-channel　FETのゲート－ソース間に0.01uFの
　コンデンサCが接続されてます。
　　モータドライバ出力Vodが「L」から「H」へ上がって負荷のFETをONさせる
　動作ではVodから抵抗150Ωを介してゲートをドライブします。この時、ゲート
　ソース間の入力容量Cis（FETにより異なりますが、1000pFかそれ以上）と
　C（0.01uF)が並列になっていますのでゲート電圧は150Ωとその並列容量
　（この場合は0.01uFと1000pFで0.011uF）の時定数でゆっくり上昇します。
　結果的にFETのoffからonへのスイッチングスピードはこのゲート電圧の変化で
　遅くなります。この場合はダイオードのドライバIC側は電圧が高く、ゲート
　側は低いので導通せず。47Ωの抵抗には電流は流れません。
　　次に、モータドライバ出力が「H」から「L」へ変化する場合はそれまでの
　ゲート電圧がゲートのコンデンサ（0.011uF）に残っています。この場合は
　ダイオードのゲート側の電圧は高く、ドライバ出力側は低く（「L]）なり
　ますのでダイオードは導通します。結果としてコンデンサ0.01uFとゲート
　容量1000pFにたまった電荷は47Ωと150Ωの両方の経路から放電されます。
　この場合は抵抗は47Ωと150Ωの並列になりますから、約34Ωと150Ωの
　１／５近くに小さくなりますので放電スピードは５倍速くなります。結果として
　FETのonからoffへのスイッチングスピードはoffからonへのスピードに対して
　５倍程度速くなります。

質問３ですが、１０番ピンと12番ピンと23番ピンはpin名称にCPが付いてます。
　CPはチャージポンプ（charge pom)の略です。負荷のN－channel　FETをON
　させるにはそのゲートにソースより閾値電圧以上の電圧を印加しなければ
　なりません。この場合、負荷の上側のN－channel　FETのドレイン電圧は
　ICのVDDと同じ電圧です。このFETを完全にONさせるには、ゲート電圧は
　ドレイン電圧、すなわちICのVDD以上の電圧にしなければなりません。
　　その電圧を作るために、チャージポンプという回路がICに組み込まれて
　います。チャージポンプは外付けのコンデンサを充電してはそのたまった
　電圧をVDD以上に押し上げて、ダイオードを介してその向こうにあるコンデンサに
　貯めるという動作を高速で行います。そのためのダイオードです。この場合の
　ダイオードは外付けのN－channel　FETのゲートをドライブする電流以上の
　電流を流せる必要がありますので２～３A程度以上流せるサイズのダイオードが
　必要になります。

お礼

詳しい説明ありがとうございました。

回答No.2

KEN_2

マイコンの概略説明だけでも説明は長くなりますので、ポイントのみとさせていただきます。
（マイコンの基本は殆んど同じで、考え方を理解すると他社のマイコンでも理解できるようになります。）

>１．図１のダイオードは、どんな動きと役割を
しているのでしょうか。
ダイオード（Di）でグランドとvcc；5vにクランプしています。
つまり、Diの順方向Vfが0.7Vであればー0.7V～5.7Vの範囲に電圧制限して入・出力電圧を制限・保護します。
P7ポートは「レジスタ設定値」の状態で入・出力を設定します。
36番ピン;P70,TCA0,PPGA0
31番ピン;P75,TC03,PPG03,PWM03,RXD0,SI0

>２．図２の図が見にくいですが、ゲートのところに入っているダイオードの
役割も教えていただけませんでしょうか。
モータードライバーのオフ動作を早くするために、Diで47Ωで0.01μFの放電を早くします。
オンの動作は150Ωと0.01μFの時定数遅らせます。
下記と同じ耐圧35V以上で1A程度の高速Diを使用ください。

>３．上記モータードライバーの
１０番ピンと12番ピンと23番ピンの間にも
ダイオードをいれる予定なのですが、どんな動きとどんな役割なのでしょうか。
併せて、どんなダイオードが推奨されるかの具体例も教えて
いただけると助かります。
チヤージポンプ回路動作でVDDをx2倍x3倍に電圧昇圧する回路です。
ページ8の注４を参照ください。
<<ハイスピードタイプ(trr≦100ns)のダイオードをご使用願います。>>

お礼

詳しく説明していただいてありがとうございました。

補足

凄くお二方ともわかりやすい解説ありがとうございました。
なるほどと納得をしました。
質問なのですが、47Ωと150Ωの定格を決めたいと
思うのですが、分流するので、そのままと
いうことはないと思いますが、合計1A程度流れるという
計算をしておけば良いのでしょうか。
間違っていたら、補足お願いいたします。